shigley poros
Post on 02-Jun-2018
333 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 shigley poros
1/27
Sebuah poros adalah anggota yang berputar, biasanya dari penampang lingkaran, digunakan untuk
mengirimkan daya atau gerak. Menyediakan sumbu rotasi, atau osilasi, elemen seperti roda gigi,
katrol, roda gaya, engkol, sprocket, dan sejenisnya dan mengontrol geometri dari mereka
gerak. Sebuah poros adalah anggota non berputar yang tidak membawa torsi dan digunakan untuk
mendukung roda berputar, katrol, dan sejenisnya. Poros otomotif bukanlah poros benar; yang
Istilah adalah carry-over dari era kuda-dan-kereta, ketika roda diputar pada anggota non berputar.
Sebuah poros non-rotating mudah dapat dirancang dan dianalisis sebagai balok statis, dan tidak akan
menjamin perhatian khusus yang diberikan dalam bab ini untuk berputar yang
shaft yang mungkin dikenakan kelelahan beban.
Ada yang benar-benar unik tentang poros yang memerlukan perlakuan khusus
di luar metode dasar yang sudah dikembangkan dalam bab-bab sebelumnya. Namun, karena di mana-
mana poros dalam berbagai aplikasi desain mesin, ada beberapa keuntungan dalam memberi poros dan
desain pemeriksaan lebih dekat. Sebuah desain poros lengkap memiliki banyak ketergantungan pada
desain komponen. Desain mesin itu sendiri akan menentukan roda gigi yang tertentu, katrol, bantalan,
dan elemen lainnya akan memiliki setidaknya sebagian telah dianalisis dan ukuran dan jarak merekaragu-ragu ditentukan. Bab 18 memberikan sebuah studi kasus lengkap transmisi listrik, dengan fokus
pada proses desain keseluruhan. Dalam bab ini, detail dari poros itu sendiri akan diperiksa, termasuk
berikut:
Pemilihan bahan
tata letak geometris
Stres dan kekuatan
Kekuatanstatis
KekuatanKelelahan
defleksi dan kekakuandefleksi Bending
defleksi torsional
Slope pada bantalan dan elemen poros didukung
Geser defleksi akibat pembebanan melintang poros pendek
Getaran akibat frekuensi alami
Dalam menentukan pendekatan untuk poros ukuran, perlu untuk menyadari bahwa analisa tegangan
pada titik tertentu pada poros dapat dibuat hanya dengan menggunakan geometri poros di sekitar titik
itu. Dengan demikian geometri seluruh batang tidak diperlukan. Dalam desain biasanya mungkin untuk
menemukan daerah-daerah kritis, ukuran ini untuk memenuhi persyaratan kekuatan, kemudian ukuran
sisa poros untuk memenuhi persyaratan dari elemen poros yang didukung.
Defleksi dan slope analisis tidak dapat dilakukan sampai geometri seluruh yang
poros telah ditentukan. Jadi defleksi adalah fungsi dari geometri di mana-mana,
sedangkan tegangan pada bagian yang menarik adalah fungsi dari geometri lokal. Untuk alasan ini,
desain poros memungkinkan pertimbangan stres pertama. Nilai Kemudian, setelah sementara untuk
-
8/10/2019 shigley poros
2/27
dimensi poros telah ditetapkan, menentukan besarnya defleksi dan
kemiringan dapat dibuat.
SHAFT MATERIAL
Defleksi tidak terpengaruh dengan kekuatan, melainkan dengan kekakuan yang diwakili oleh
modulus elastisitas, yang pada dasarnya adalah konstan untuk semua baja. Untuk itu alasan, kekakuan
tidak dapat dikontrol dengan keputusan materi, tetapi hanya dengan keputusan geometris.
Kekuatan yang diperlukan untuk melawan beban tekanan mempengaruhi pilihan bahan dan
perawatan mereka. Banyak shaft terbuat dari karbon rendah, ditarik dingin atau hot-rolled
baja, seperti ANSI 1020-1050 baja.
Penguatan signifikan dari perlakuan panas dan konten paduan tinggi sering tidak
dijamin. Kegagalan kelelahan berkurang cukup dengan peningkatan kekuatan, dan kemudian hanya
ke tingkat tertentu sebelum efek samping pada batas ketahanan dan sensitifitas takikan dimulai
untuk menangkal manfaat dari kekuatan yang lebih tinggi. Praktek yang baik adalah untuk memulai
dengan baja karbon yang murah, rendah atau menengah untuk pertama kalinya melalui perhitungan
desain. Jika pertimbangan kekuatan ternyata mendominasi defleksi, maka bahan kekuatan yang lebih
tinggi harus dicoba, memungkinkan ukuran poros harus dikurangi sampai kelebihan defleksi menjadi
sebuah masalah. Biaya bahan dan pengolahannya harus dipertimbangkan terhadap kebutuhan untuk
diameter poros yang lebih kecil. Ketika diperlukan, baja paduan khas untuk perlakuan panas termasuk
ANSI 1340-1350, 3140-50, 4140, 4340, 5140, dan 8650.
Poros biasanya tidak membutuhkan permukaan yang mengeras kecuali mereka melayani
sebagai aktual jurnal permukaan bantalan. Pilihan material umum untuk pengerasan
permukaan meliputi nilai karburasi ANSI 1020, 4320, 4820, dan 8620.
Baja ditarik dingin biasanya digunakan untuk diameter dibawah sekitar 3 inci. The nominal
diameter bar dapat dibiarkan unmachined di daerah yang tidak memerlukan pas
komponen. Hot baja gulungan harus di seluruh mesin. Untuk poros besar membutuhkan
banyak pemindahan material, tegangan sisa mungkin cenderung menyebabkan warping. Jika
konsentrisitet penting, mungkin perlu untuk mesin yang kasar, kemudian panas
memperlakukan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan kekuatan, kemudian
menyelesaikan mesin ke dimensi akhir.
Dalam pendekatan pemilihan material, jumlah yang akan diproduksi adalah faktor penting.Untuk produksi yang rendah, balik adalah proses pembentukan primer biasa. Sudut pandang ekonomi
mungkin mengharuskan menghilangkan material sedikit. Produksi yang tinggi dapat mengizinkan
metode pembentukan konservatif volume (forming (pembentukan) panas atau dingin , pengecoran),
dan materi minimum diporos dapat menjadi tujuan desain. Besi cor dapat ditentukan jika jumlah
produksi yang tinggi, dan roda gigi harus secara integral cor dengan poros.
-
8/10/2019 shigley poros
3/27
Sifat poros lokal tergantung pada pekerjaan sejarah-yang dingin, dingin membentuk,
bergulir fitur fillet, perlakuan panas, termasuk media pendingin, pengocokan, dan
tempering rejimen.
Stainless steel mungkin cocok untuk beberapa lingkungan
SHAFT LAYOUT
Tata letak umum poros untuk mengakomodasi elemen poros, misalnya roda gigi, bantalan, dan
katrol, harus ditentukan di awal proses desain untuk melakukan gaya benda bebas analisis dan untuk
mendapatkan diagram geser-moment. Geometri dari poros umumnya dari silinder tahapan. Penggunaan
bahu poros adalah cara yang sangat baik aksial menemukan elemen poros dan untuk membawa setiap
beban dorong. Gambar 7-1 menunjukkan contoh poros melangkah yang mendukung gigi dari kecepatan
worm-gear reducer. Setiap bahu di poros melayani tujuan tertentu, yang Anda harus berusaha untuk
menentukan melalui pengamatan.
(a) Pilih poroskonfigurasi untuk mendukung dan
menemukan dua roda gigi dan dua
bantalan. (b) Solusi menggunakan
pinion terpisahkan, tiga poros
bahu, kunci dan alur pasak,
dan lengan. perumahan
menempatkan bantalan pada mereka
cincin luar dan menerima
beban dorong. (c) Pilih poros fan
konfigurasi. (d) Solusimenggunakan bantalan lengan, a
lurus-melalui poros, menemukan
kerah, dan sekrup ditetapkan untuk
kerah, kipas katrol, dan kipas
itu sendiri. Dukungan fan perumahan
bantalan lengan.
Konfigurasi geometris dari poros harus dirancang seringkali sederhana revisi
dari model yang ada di mana sejumlah perubahan harus dilakukan. Jika
tidak ada desain yang sudah ada untuk digunakan sebagai starter, maka penentuan tata letak porosdapat memiliki banyak solusi. Masalah ini diilustrasikan oleh dua contoh Gambar. 7-2. dalam
Gambar. 7-2a sebuah poros diarahkan harus didukung oleh dua bantalan. Dalam Gambar. 7-2c a
fan poros yang akan dikonfigurasi. Solusi ditunjukkan pada Gambar. 7-2b dan 7-2d belum tentu yang
terbaik, tetapi menggambarkan bagaimana perangkat poros-mount adalah tetap
dan terletak di arah aksial, dan bagaimana ketentuan dibuat untuk mentransfer torsi dari
-
8/10/2019 shigley poros
4/27
satu elemen yang lain. Tidak ada aturan mutlak untuk menentukan tata letak umum,
tapi panduan berikut mungkin bisa membantu.
Axial Layout of Components
Posisi aksial komponen sering didikte dengan tata letak perumahan dan komponen meshing lainnya.Secara umum, yang terbaik adalah untuk mendukung komponen pembawa beban antara bantalan,
seperti pada Gambar. 7-2a, bukan tempel kantilever bantalan, seperti pada Gambar. 7-2c. Katrol dan
sprocket sering perlu untuk dipasang tempel untuk kemudahan pemasangan sabuk atau rantai. Panjang
kantilever (penopang atau peyangga) harus tetap pendek untuk meminimalkan deflection.
Hanya dua bantalan yang harus digunakan dalam banyak kasus. Untuk poros yang sangat panjang yang
membawa beberapa komponen beban-bantalan, mungkin saja perlu untuk memberikan lebih dari dua
bantalan pendukung. Dalam hal ini, perhatian khusus harus diberikan untuk mensejajarkan bantalan.
Poros harus tetap pendek untuk meminimalkan momen lentur dan lendutan. beberapa
ruang aksial antara komponen yang diinginkan untuk memungkinkan aliran pelumas dan untuk
menyediakan ruang akses untuk pembongkaran komponen dengan sebuah penarik. Komponen beban
bantalan harus ditempatkan dekat bantalan, sekali lagi untuk meminimalkan momen lentur
di lokasi yang kemungkinan akan memiliki konsentrasi tegangan, dan untuk meminimalkan defleksi
pada komponen pembawa beban.
Komponen harus secara akurat terletak pada baris poros dengan pasangan komponen lainnya, dan
ketentuan harus dibuat untuk memegang aman posisi dalam komponen. Cara utama penempatan
komponen adalah terhadapa posisi bahu poros. Bahu juga memberikan dukungan yang kuat untuk
meminimalkan defleksi dan getaran dari komponen. Kadang-kadang ketika besaran pasukan
yang cukup rendah, bahu dapat dibangun dengan mempertahankan cincin di alur,
lengan antar komponen, atau kerah penjepit-on. Dalam kasus di mana beban aksial sangat
kecil, mungkin layak untuk dilakukan tanpa bahu sepenuhnya, dan mengandalkan pada tekan cocok,
pin, atau kerah dengan setscrews untuk menjaga lokasi aksial. Lihat Gambar. 7-2b dan 7-2d
untuk contoh dari beberapa cara ini lokasi aksial.
Supporting axial loads
Dalam kasus di mana beban aksial tidak sepele, perlu untuk menyediakan sarana untuk mentransfer
beban aksial kedalam poros, kemudian melalui dasar bearing . Hal ini akan menjadi
khususnya diperlukan dengan heliks atau bevel roda gigi, atau bantalan rol meruncing, karena masing-masing ini menghasilkan komponen gaya aksial. Seringkali, cara yang sama memberikan aksial
lokasi, misalnya, bahu, penahan cincin, dan pin, akan digunakan untuk juga mengirimkan
beban aksial ke poros.
Hal ini umumnya paling baik hanya memiliki satu bantalan pembawa beban aksial, untuk mengizinkan
toleransi yang lebih besar pada dimensi panjang poros, dan untuk mencegah pengikatan jika poros
mengembang karena perubahan suhu. Hal ini sangat penting untuk poros panjang.
-
8/10/2019 shigley poros
5/27
Gambar 7-3 dan 7-4 menunjukkan contoh shaft dengan hanya satu bantalan pembawa
beban aksial terhadap bahu, sementara bantalan lainnya cukup tekan-fit ke
poros tanpa bahu.
PROVIDING FOR TORQUE TRANSMISSION
Menyediakan untuk Torque Transmisi
Kebanyakan shaft berfungsi untuk mengirimkan torsi dari gigi input atau katrol, melalui poros, untuk
gear produksi atau katrol. Tentu saja, poros itu sendiri harus memiliki ukuran untuk mendukung torsi
stres dan defleksi torsional. Hal ini juga diperlukan untuk memberikan sarana transmisi torsi antara
poros dan roda gigi. Elemen umum torsi transfer adalah:
Tombol
Splines
Set sekrup
Pins
Tekan atau mengecilkan pas
pas tapered
Selain transmisi torsi, banyak perangkat ini yang dirancang untuk gagal jika
torsi melebihi batas operasi yang dapat diterima, untuk melindungi komponen yang lebih mahal.
Detail mengenai komponen perangkat keras seperti kunci, pin, dan sekrup set yang
dibahas secara rinci dalam Sec. 7-7. Salah satu cara yang paling efektif dan ekonomis
transmisi sedang sampai tingkat tinggi torsi adalah melalui kunci yang cocok dalam
alur poros dan roda gigi. komponen yang berkunci umumnya memiliki slip cocok di
poros, sehingga perakitan dan pembongkaran mudah. Kuncinya memberikan sudut orientasi positif
pada komponen, yang berguna dalam kasus-kasus di mana waktu sudut faseadalah penting.
Splines dasarnya gigi gigi gemuk terbentuk pada bagian luar poros dan bagian dalam hub komponen
beban-transmisi. Splines umumnya jauh lebih mahal untuk memproduksi dari kunci, dan biasanya tidak
diperlukan untuk transmisi torsi sederhana. biasanya digunakan untuk mentransfer torsi tinggi. Salah
satu fitur dari spline adalah bahwa hal itu dapat dibuat dengan slip cocok cukup longgar untuk
memungkinkan gerak aksial yg besar antara poros dan komponen sementara masih transmisi torsi. Hal
ini berguna untuk menghubungkan dua poros di mana gerakan relatif antara mereka adalah umum,
seperti dalam menghubungkan kekuatan lepas landas (PTO) batang traktor ke menerapkan. SAE dan
ANSI menerbitkan standar untuk splines. Faktor konsentrasi tegangan yang terbesar di mana splineberakhir dan menyatu ke dalam poros, tetapi umumnya cukup moderat.
Untuk kasus dari transmisi torsi rendah, berbagai sarana transmisi torsi yang
tersedia. Ini termasuk pin, set sekrup di hub, cocok meruncing, dan tekan cocok.
Tekan dan menyusut pas untuk mengamankan hub ke poros yang digunakan baik untuk transfer torsi
dan demi melindungi lokasi aksial. Sehingga faktor stres konsentrasi biasanya
-
8/10/2019 shigley poros
6/27
cukup kecil. Lihat Sec. 7-8 untuk pedoman mengenai ukuran dan toleransi yang sesuai
untuk mengirimkan torsi dengan pers dan menyusut cocok. Sebuah metode yang sama adalah dengan
menggunakan split hub dengan screws untuk menjepit hub pada poros. Metode ini memungkinkan
untuk pembongkaran dan penyesuaian lateral. Metode lain yang serupa menggunakan dua bagian hub
yang terdiri dari membagi anggota bagian dalam yang cocok dengan lubang yang runcing. Assembly ini
kemudian diperketat dengan poros dengan screws, yang memaksa bagian dalam ke roda dan klem
keseluruhan perakitan terhadap poros.
Fits runcing antara poros dan perangkat poros-mount, seperti roda, yang
sering digunakan di ujung menjorok dari poros. Ulir sekrup di ujung poros kemudian mengizinkan
penggunaan mur untuk mengunci roda erat pada poros. Pendekatan ini berguna karena
bisa dibongkar, tetapi tidak menyediakan lokasi aksial baik dari roda pada poros.
Pada tahap awal tata letak poros, yang penting adalah untuk memilih yang sesuai
berarti transmisi torsi, dan untuk menentukan bagaimana hal itu mempengaruhi poros keseluruhan
tata letak. Hal ini diperlukan untuk mengetahui di mana diskontinuitas poros, seperti keyways, lubang,dan splines, untuk menentukan lokasi penting untuk dianalisis.
Assembly and Disassembly
Pertimbangan harus diberikan dengan metode perakitan komponen ke poros, dan perakitan poros ke
dalam bingkai. Hal ini biasanya memerlukan diameter besar di tengah poros, dengan diameter yang
semakin kecil terhadap ujungnya memungkinkan komponen untuk meluncur dari ujungnya. Jika bahu
diperlukan di kedua sisi komponen, salah satunya harus dibuat dengan cara seperti ring penahan atau
oleh lengan antara dua komponen. Gearbox sendiri akan perlu berarti secara fisik posisi poros menjadi
bantalan, serta bantalan ke dalam bingkai. Ini biasanya dicapai dengan menyediakan akses melalui
wadah untuk bantalan pada satu ujung poros. Lihat Gambar. 7-5 melalui 7-8 untuk contoh.
Ketika komponen menjadi press-fit pada poros, poros harus dirancang sehingga tidak perlu
menekan komponen panjang panjang poros. Ini mungkin memerlukan perubahan tambahan
diameter, tetapi akan mengurangi manufaktur dan biaya Assembly dengan hanya
membutuhkan toleransi dekat untuk jangka pendek.
Pertimbangan juga harus diberikan terhadap perlunya pembongkaran komponen dari poros.
Hal ini memerlukan pertimbangan isu-isu seperti aksesibilitas mempertahankan ring, ruang bagi
penarik untuk bantalan akses, bukaan pada wadah memungkinkan menekan poros atau
bantalan keluar, dll
Lokasi kritis
Hal ini tidak perlu untuk mengevaluasi tekanan pada poros di setiap titik; beberapa yg berpotensi
lokasi kritis saja sudah cukup. Lokasi Kritis biasanya berada di permukaan luar, di lokasi aksial di mana
momen lentur cukup besar, di mana adanya torsi, dan di mana konsentrasi tegangan ada. Dengan
-
8/10/2019 shigley poros
7/27
perbandingan langsung dari berbagai titik di sepanjang poros, beberapa lokasi kritis dapat diidentifikasi
yang mendasari desain. Suatu penilaian situasi stres khas akan membantu.
Kebanyakan shaft akan mentransmisikan torsi melalui bagian poros. Biasanya torsi datang ke poros di
salah satu gigi dan meninggalkan poros di gigi lain. Sebuah diagram benda bebas poros akan
memungkinkan torsi pada bagian apapun yang akan ditentukan. torsi sering relatif konstan pada operasi
steady state. Tegangan geser karena torsi akan besar terhadap permukaan luarnya.
Momen lentur pada poros dapat ditentukan dengan geser (shear) dan diagram momen lentur. Karena
sebagian besar masalah poros gabungan gigi atau puli yang dikenalkan gaya dalam dua bidang, geser
dan lentur diagram momen umumnya akan diperlukan dalam dua bidang. Saat resultant yang diperoleh
dengan menjumlahkan momen sebagai vektor pada titik-titik yang menarik di sepanjang poros. Sudut
fase momen tidak penting karena poros berputar. Sebuah momen lentur stabil akan menghasilkan suatu
sepenuhnya terbalik saat poros berputar, sebagai elemen stres tertentu akan bergantian dari kompresi
tegangan dalam setiap revolusi poros. Tegangan normal karena momen lentur akan mencapaipuncaknya pada permukaan luar. Dalam situasi di mana bantalan terletak di ujung poros, menekankan
di dekat bantalan yang sering tidak penting karena momen lentur kecil.
Tekanan aksial pada poros karena komponen aksial ditransmisikan melalui heliks gigi atau bantalan rol
tirus akan hampir selalu diabaikan kecil dibandingkan stres momen lentur. seringkali juga konstan,
sehingga kontribusinya agak kelelahan. Karena itu, biasanya dapat diterima untuk mengabaikan tekanan
aksial yang disebabkan oleh gigi dan bantalan saat terjadi bending dalam poros. Jika suatu aksial
beban diterapkan pada poros dalam beberapa cara lain, tidak aman untuk menganggap itu bisa
diabaikan tanpa memeriksa besarannya.
Tegangan pada ShaftBending, torsi, dan tekanan aksial mungkin ada dalam kedua midrange dan bolak
komponen. Untuk keperluan analisis, itu cukup sederhana mengkombinasikan berbagai jenis
tegangan ke alternating dan midrange von Mises stress, seperti yang ditunjukkan pada Sec. 6-
14, p. 309. Terkadang mudah untuk menyesuaikan persamaan khusus untuk poros
aplikasi. Beban aksial biasanya relatif sangat kecil di lokasi yang kritis
di mana lentur dan torsi mendominasi, sehingga mereka akan dibiarkan keluar dari persamaan
berikut. Tegangan berfluktuasi karena lentur dan torsi yang diberikan oleh
dimana Mm dan Ma adalah midrange dan bolak momen lentur, Tm dan Ta adalah
midrange dan bolak torsi, dan Kf dan Kf s adalah faktor konsentrasi tegangan kelelahan untuk lentur dan
-
8/10/2019 shigley poros
8/27
torsi, masing-masingnya.
Dengan asumsi poros solid dengan penampang bulat, istilah geometri yang tepat dapat
diperkenalkan untuk c, I, dan J menghasilkan
Menggabungkan stress ini sesuai dengan teori kegagalan energi distorsi,
von Mises stress untuk memutar putaran, poros padat, mengabaikan beban aksial, yang diberikan
oleh
Perhatikan bahwa faktor konsentrasi tegangan kadang-kadang dianggap opsional untuk
komponen midrange dengan bahan ulet, karena kapasitas ulet bahan akan menghasilkan lokasi pada
diskontinuitas.
Bandara setara bolak dan midrange stress dapat dievaluasi menggunakan
kurva kegagalan sesuai pada diagram Goodman yang dimodifikasi (Lihat Sec. 6-12, hal. 295,
dan Gambar. 6-27). Misalnya, kriteria kegagalan kelelahan untuk Goodman diubah
garis seperti yang diungkapkan sebelumnya dalam Pers. (6-46) adalah
-
8/10/2019 shigley poros
9/27
Ekspresi yang sama dapat diperoleh untuk salah satu kriteria kegagalan umum dengan menggantikan
von Mises stress dari Pers. (7-5) dan (7-6) ke salah satu kegagalan
kriteria yang diungkapkan oleh pers. (6-45) sampai (6-48), hlm. 298. Persamaan yang dihasilkan
untuk beberapa kurva kegagalan yang umum digunakan adalah sebagai berikut. nama-nama
diberikan kepada setiap set persamaan mengidentifikasi teori kegagalan yang signifikan, diikuti oleh
nama lokus kegagalan kelelahan. Sebagai contoh, DE-Gerber menunjukkan tekanan yang
digabungkan dengan menggunakan energi distorsi (DE) teori, dan kriteria Gerber digunakan
atas kegagalan kelelahan.
-
8/10/2019 shigley poros
10/27
Untuk poros berputar dengan konstan lentur dan torsi, tegangan lentur yang sepenuhnya
dibalik dan torsi yang stabil. Persamaan (7-7) melalui (7-14) dapat disederhanakan
dengan menetapkan Mm dan Ta sama dengan 0, yang secara sederhana turun beberapa istilah.
Perhatikan bahwa dalam situasi analisis di mana diameter diketahui dan faktor
keselamatan yang diinginkan, sebagai alternatif untuk menggunakan persamaan khusus di atas,
selalu tetap berlaku untuk menghitung bolak dan mid-range stress menggunakan Pers. (7-5)
dan (7-6), dan menggantikan mereka ke salah satu persamaan untuk kriteria kegagalan, Pers.
(6-45) sampai (6-48), dan menyelesaikannya secara langsung untuk n. Dalam situasi desain,
bagaimanapun, memiliki
persamaan pra-diselesaikan untuk diameter cukup membantu.
Itu selalu perlu diperhatikan kemungkinan kegagalan statis dalam siklus beban pertama.
Kriteria Soderberg pada dasarnya penjaga terhadap yang menghasilkan, seperti dapat dilihat dengan
memperhatikan bahwa
kurva kegagalan adalah konservatif dalam hasil (Langer) garis pada Gambar. 6-27, hal. 297.
ASME Elliptic juga mengambil yang menghasilkan memperhitungkan, tetapi tidak sepenuhnya
-
8/10/2019 shigley poros
11/27
konservatif sepanjang seluruh rentang. Hal ini terbukti dengan catatan bahwa persilangan garis hasil di
Gambar. 6-27. Kriteria Gerber dan dimodifikasi secara Goodman tidak menjaga terhadap yang
menghasilkan, membutuhkan pemeriksaan terpisah untuk menghasilkan. Sebuah tegangan maksimum
von Mises dihitung untuk
tujuan ini.
Untuk memeriksa yang menghasilkan, tegangan maksimum von Mises ini dibandingkan dengan yield
kekuatan, seperti biasanya.
Untuk cepat, cek konservatif, perkiraan untuk 'max dapat diperoleh hanya dengan
menambahkan 'adan 'm. ('a + 'm) akan selalu lebih besar dari atau sama dengan 'max, dan akan
Oleh karena itu konservatif.
Example 7-1
Pada bahu poros mesin kecil diameter d adalah 1.100 di, besar diameter D 1.65 di, dan jari-jari fillet
adalah 0,11 di. momen lentur adalah 1260 lbf dan saat torsi stabil adalah 1100 lbf di. Poros bajadipanaskan memiliki ultimate kekuatan Sut = 105 KPSI dan kekuatan yield Sy = 82 KPSI. Tujuan
keandalan adalah 0.99.
(a) Tentukan faktor kelelahan keselamatan desain menggunakan masing-masing dari kegagalan fatigue
kriteria yang diuraikan dalam bagian ini.
(b) Tentukan faktor yang menghasilkan keselamatan.
Memperkirakan Konsentrasi Tegangan
Proses analisis tegangan untuk kelelahan sangat tergantung pada konsentrasi tegangan.
Konsentrasi tegangan untuk bahu dan keyways tergantung pada spesifikasi ukuran
yang tidak diketahui pertama kali melalui proses. Untungnya, sejak elemen ini
biasanya proporsi standar, adalah mungkin untuk memperkirakan konsentrasi tegangan
faktor desain awal dari poros. Konsentrasi tegangan ini akan fine-tuned di
iterasi berturut-turut, setelah rincian diketahui.
Bahu untuk bantalan dan dukungan peralatan harus sesuai dengan rekomendasi katalog
untuk bantalan atau gigi tertentu. melihat melalui bantalan katalog menunjukkan bahwa
panggilan bantalan khas untuk rasio D / d menjadi antara 1,2 dan 1,5. Untuk pendekatan pertama, kasus
-
8/10/2019 shigley poros
12/27
terburuk dari 1,5 dapat diasumsikan. illet komponen berhubungan. Ada variasi yang signifikan dalam
bantalan khas dalam rasio fillet radius
dibandingkan diameter lubang, dengan r / d biasanya mulai dari sekitar 0,02-0,06. Cepat melihat grafik
konsentrasi tegangan (Angka A-15-8 dDemikian pula, jari-jari fillet di bahu perlu menjadi ukuran untuk
menghindari gangguan dengan radius fan 15-9 A-) menunjukkan bahwa konsentrasi tegangan lentur dan
meningkatkan torsi secara signifikan dalam rentang ini. Untuk Misalnya, dengan D / d = 1,5 untuk
membungkuk, Kt = 2,7 pada r / d = 0,02, dan mengurangi ke Kt = 2,1 pada r / d = 0,05, dan lebih lanjut ke
Kt = 1,7 pada r / d = 0,1. Hal ini menunjukkan bahwa ini adalah area di mana beberapa perhatian
terhadap detail bisa membuat perbedaan yang signifikan.
Untungnya, dalam kebanyakan kasus diagram momen geser dan lentur menunjukkan bahwa
membungkuk saat cukup rendah dekat bantalan, karena momen lentur dari gaya reaksi dasar yang kecil.
Dalam kasus di mana bahu di bantalan ditemukan menjadi kritis, perancang harus
merencanakan untuk memilih bantalan dengan radius fillet murah hati, atau
mempertimbangkan untuk memberikan radius fillet yang lebih besar pada poros dengan
membebaskannya ke dasar bahu seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7-9a. Ini secara efektifmenciptakan zona mati di daerah bahu yang tidak membawa tekanan lentur, seperti yang
ditunjukkan oleh garis aliran stres. Sebuah alur bantuan bahu seperti ditunjukkan pada Gambar.
7-9b dapat mencapai tujuan yang sama. Pilihan lain adalah untuk memotong besar radius
bantuan alur ke dalam diameter kecil poros, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7-9c.
Ini memiliki kelemahan mengurangi luas penampang, namun sering digunakan
dalam kasus di mana hal ini berguna untuk memberikan alur bantuan sebelum bahu untuk
mencegah operasi grinding atau berbalik dari harus pergi semua jalan ke
bahu.
Untuk standar fillet bahu, untuk memperkirakan nilai Kt untuk iterasi pertama,
r / d rasio harus dipilih sehingga nilai Kt dapat diperoleh. Untuk akhir terburuk
spektrum, dengan r / d = 0,02 dan D / d = 1,5, nilai Kt dari konsentrasi tegangan
grafik untuk bahu menunjukkan 2,7 untuk bending 2,2 untuk torsi, dan 3.0 untuk
aksial.
Sebuah alur pasak akan menghasilkan konsentrasi tegangan di dekat titik kritis dimana komponen beban
transmisi berada. Konsentrasi tegangan di keyseat akhir giling adalah fungsi dari rasio jari-jari r di bagian
bawah alur dan poros diameter d. Untuk tahap awal proses desain, adalah mungkin untuk
memperkirakan stres konsentrasi untuk keyways tanpa memperhatikan dimensi poros yang sebenarnya
dengan mengasumsikan Rasio khas r / d = 0,02. Hal ini memberikan Kt = 2,2 untuk lentur dan KTS = 3.0
untuk torsi, dengan asumsi kuncinya adalah di tempat.
gambar A-15-16 dan A-15-17 memberikan nilai untuk konsentrasi tegangan untuk flatbottomed
alur seperti yang digunakan untuk mempertahankan ring. Dengan memeriksa penahan khas
Spesifikasi cincin di penjual katalog, dapat dilihat bahwa lebar alur biasanya sedikit lebih besar dari
kedalaman alur, dan jari-jari di bagian bawah alur adalah
sekitar 1/10 dari lebar alur. Dari Gambar. A-15-16 dan A-15-17, faktor konsentrasi tegangan untuk
dimensi cincin penahan khas sekitar 5 untuk lentur dan aksial, dan 3 untuk puntir. Untungnya, jari-jari
kecil sering akan menyebabkan sensitivitas kedudukan yang lebih kecil, mengurangi Kf.
-
8/10/2019 shigley poros
13/27
Tabel 7-1 ini merangkum beberapa faktor konsentrasi tegangan khas untuk iterasi pertama
dalam desain poros. Perkiraan serupa dapat dibuat untuk fitur lainnya. The Titik adalah untuk melihat
bahwa konsentrasi tegangan pada dasarnya normal sehingga mereka tergantung pada rasio fitur
geometri, bukan pada dimensi tertentu. Akibatnya, dengan memperkirakan rasio yang tepat, nilai iterasi
pertama untuk konsentrasi tegangan dapat diperoleh. Nilai-nilai ini dapat digunakan untuk desain awal,
maka sebenarnya Nilai-nilai dimasukkan sekali diameter telah ditentukan.
Example 7-2
Contoh masalah ini adalah bagian dari studi kasus yang lebih besar. Lihat Chap. 18 untuk konteks
lengkap.
Sebuah desain reduction gearbox ganda berkembang ke titik yang umum tata letak dan aksial dimensi
poros membawa dua gigi spur yang telah ditentukan, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7-10. Roda gigi
dan bantalan yang terletak dan didukung dengan bahu, dan ditahan di tempat dengan penahan ring.
Roda gigi mengirimkan torsi melalui tombol. Gears telah ditetapkan seperti yang ditunjukkan, yangmemungkinkan gaya tangensial dan radial dikirimkan melalui roda gigi pada poros harus ditentukan
sebagai berikut.
dimana superscripts t dan r merupakan arah tangensial dan radial, masing-masing; dan, subscript 23
dan 54 merupakan kekuatan yang diberikan oleh gigi 2 dan 5 (tidak terlihat) pada roda gigi 3 dan 4,
masing-masing. Lanjutkan dengan tahap berikutnya dari desain, di mana bahan yang cocok
dipilih, dan diameter yang sesuai untuk setiap bagian dari poros yang Diperkirakan, didasarkan pada
penyediaan kelelahan yang cukup dan kapasitas stres statis hidup tak terbatas poros, dengan faktor
keamanan minimal 1,5.
Pertimbangan defleksi
Analisis defleksi pada lebih satu titik tujuan memerlukan informasi geometri lengkap untuk seluruh
poros. Untuk alasan ini, diinginkan untuk merancang dimensi pada lokasi penting untuk menangani
tekanan, dan isi estimasi yang memadai untuk semua dimensi lain, sebelum melakukan analisis defleksi.
Defleksi poros, baik linear dan sudut, harus diperiksa di gigi dan bantalan. Lendutan yang diijinkan akan
tergantung pada banyak faktor, dan bantalan dan gigi katalog harus digunakan untuk bimbingan
pada misalignment yang diijinkan untuk bantalan dan gigi tertentu. Sebagai pedoman kasar, khas
rentang untuk kemiringan maksimum dan defleksi melintang garis tengah poros yang diberikan dalam
Tabel 7-2. Defleksi melintang diijinkan untuk spur roda gigi tergantung
pada ukuran gigi, yang diwakili oleh diametral jarak P? jumlah
gigi diameter / jarak.
-
8/10/2019 shigley poros
14/27
Dalam Sec. 4-4 beberapa metode defleksi balok dijelaskan. Untuk shaft, dimana lendutan dapat dicari di
sejumlah titik yang berbeda, integrasi baik menggunakan fungsi singularitas atau integrasi numerik
praktis. Dalam poros melangkah, sifat cross sectional berubah sepanjang poros pada setiap tahapan,
meningkatkan kompleksitas integrasi, karena kedua M dan I berbeda. Untungnya, hanya dimensi
geometris kasar perlu disertakan, sebagai faktor lokal seperti fillet, alur, dan keyways tidak memiliki
banyak dampak pada defleksi. Contoh 4-7 menunjukkan penggunaan singularitas fungsi untuk poros
melangkah. Banyak shaft akan mencakup gaya di beberapa bidang, yang membutuhkan baik analisis tiga
dimensi, atau penggunaan superposisi untuk mendapatkan lendutan di dua bidang yang kemudian
dapat disimpulkan sebagai vektor.
Analisis defleksi sangat mudah, tapi itu panjang dan membosankan untuk melakukan secara manual,
khususnya untuk beberapa titik. Akibatnya, hampir semua analisis defleksi poros akan dievaluasi dengan
bantuan software. Apa saja tujuan umum perangkat lunak terbatas-elemen dapat dengan mudah
menangani masalah poros (lihat Chap. 19). Ini praktis jika desainernya sudah akrab dengan
menggunakan perangkat lunak dan dengan cara benar model poros. Solusi perangkat lunak tujuan
khusus untuk Analisis poros 3-D yang tersedia, tapi agak mahal jika hanya digunakan sesekali.Software membutuhkan pelatihan sangat sedikit sudah tersedia untuk analisis planar balok, dan dapat
di-download dari internet. Contoh 7-3 menunjukkan bagaimana untuk memasukkan program seperti itu
untuk poros dengan gaya di beberapa bidang.
EXAMPLE 7-3
Contoh masalah ini adalah bagian dari studi kasus yang lebih besar. Lihat Chap. 18 untuk lengkap
konteks. Pada Contoh 7-2 geometri poros awal diperoleh atas dasar desain untuk stres. Poros yang
dihasilkan ditunjukkan pada Gambar. 7-10, dengan diusulkan diameter
Periksa lendutan dan kemiringan di gigi dan bantalan dapat diterima.
Jika perlu, mengusulkan perubahan geometri untuk menyelesaikan masalah
Sebuah program analisis planar balok sederhana akan digunakan. Dengan pemodelan poros
dua kali, dengan banyak dalam dua bidang ortogonal, dan menggabungkan hasil, poros
lendutan mudah dapat diperoleh. Untuk kedua bidang, bahan yang dipilih (baja dengan E = 30 Mpsi),
panjang poros dan diameter yang masuk, dan lokasi bantalan ditentukan. Rincian lokal seperti alur dan
keyways adalah diabaikan, karena mereka akan memiliki efek signifikan pada lendutan. Kemudian
tangensial gaya gigi yang dimasukkan dalam horisontal model pesawat xz, dan radial gaya gigi
dimasukkan dalam model bidang xy vertikal. Perangkat lunak ini dapat menghitung
Table 7-3
Defleksi dan lereng di titik diperoleh dari plot, dan dikombinasikan dengan penjumlahan vektor
orthogonal, yaitu, = XZ2
+ XY2.
Hasil ditunjukkan pada Tabel 7-3.
Apakah nilai-nilai ini dapat diterima akan tergantung pada bantalan khusus dan gigi yang dipilih, serta
-
8/10/2019 shigley poros
15/27
tingkat kinerja yang diharapkan. Menurut pedoman pada Tabel 7-2, semua lereng bantalan berada jauh
di bawah umum batas untuk bantalan bola. Bantalan kemiringan yang tepat adalah dalam kisaran umum
untuk bantalan silinder. Karena beban pada bantalan yang tepat relatif tinggi, bantalan silinder dapat
digunakan. Kendala ini harus diperiksa terhadap spesifikasi bantalan khusus setelah bantalan yang
dipilih. Lereng gigi dan defleksi lebih dari memenuhi batas yang direkomendasikan pada Tabel 7-2.
Disarankan untuk melanjutkan dengan desain, dengan kesadaran bahwa perubahan yang mengurangi
kekakuan harus menjamin lain defleksi cek.
Setelah defleksi pada berbagai titik yang telah ditentukan, jika setiap nilai lebih besar
dari defleksi yang diijinkan pada saat itu, diameter baru dapat ditemukan dari
di mana Yalladalah defleksi yang diijinkan di stasiun itu dan nd adalah faktor desain. Demikian pula,jika kemiringan apapun lebih besar dari allkemiringan yang diijinkan, diameter baru dapat ditemukan
dari
dimana (kemiringan) semua adalah kemiringan yang diijinkan. Sebagai hasil dari perhitungan ini,
menentukan besaran rasio dnew / Dold, kemudian kalikan semua diameter dengan rasio ini. Kendala
yang ketat akan hanya ketat, dan semua yang lain akan longgar. Jangan terlalu khawatir tentang jurnal
akhir ukuran, karena pengaruh mereka biasanya diabaikan. bagusnya dari metode ini adalah bahwalendutan harus diselesaikan hanya sekali dan kendala dapat diberikan longgar tetapi
untuk satu, dengan diameter semua diidentifikasi tanpa mengerjakan ulang setiap defleksi.
EXAMPLE 7-4
Untuk poros dalam Contoh 7-3, tercatat bahwa kemiringan pada bantalan yang tepat adalah di dekat
batas untuk bantalan rol silinder. Tentukan peningkatan yang sesuai dalam diameter
untuk membawa lereng ini ke 0,0005 rad.
Mengulangi analisis defleksi balok dari Contoh 7-3 dengan diameter ini baru menghasilkan lereng di
bantalan yang tepat dari 0,0005 di, dengan semua defleksi lain kurang darinilai-nilai mereka sebelumnya.
Geseran V melintang pada bagian balok di kelenturan memberlakukan defleksi geser,
yang disuperposisikan pada defleksi lentur. Defleksi geser Biasanya seperti
kurang dari 1 persen dari melintang lendutan lentur, dan jarang dievaluasi.
Namun, ketika poros panjang-to-diameter ratio kurang dari 10, komponen geser
melintang manfaat defleksi perhatian. Ada banyak poros pendek. Sebuah tabel
-
8/10/2019 shigley poros
16/27
Metode dijelaskan secara rinci di tempat lain, termasuk contoh.
Untuk poros silinder kanan melingkar di torsi defleksi sudut diberikan dalam
Eq. (4-5). Untuk poros tingkatan dengan individu panjang silinder li dan torsi Ti, yang
defleksi sudut dapat diperkirakan dari
Atau, untuk sebuah torsi konstan disepanjang material homogen, dari
Ini harus diperlakukan hanya sebagai perkiraan, karena bukti eksperimental menunjukkan bahwa
yang sebenarnya lebih besar dari yang diberikan oleh Pers. (7-19) dan (7-20)\
Jika kekakuan torsional didefinisikan sebagai ki= Ti/Idan, menjadi I= Ti/ kidan =
, untuk
torsi konstan
, maka bahwa torsi kekakuan poros k dalam hal kekakuan segmen adalah
Kecepatan Kritis untuk Poros
Ketika poros berputar, eksentrisitas menyebabkan kekuatan defleksi sentrifugal, yang ditentang oleh
poros lentur kekakuan E I. Selama defleksi kecil, tidak ada salahnya dilakukan. Masalah lain yang
potensial, namun, disebut kecepatan kritis: pada kecepatan tertentu poros tersebut tidak stabil, dengan
defleksi meningkat tanpa batas atas. Hal ini beruntung walaupun bentuk defleksi dinamis tidak
diketahui, dengan menggunakan kurva defleksi statis memberikan perkiraan yang sangat baik dari
kecepatan terendah kritis. Kurva semacam memenuhi batas kondisi persamaan diferensial (saat nol dan
defleksi di kedua bantalan) dan energi poros tidak terlalu sensitif terhadap bentuk yang tepat dari
lendutan kurva. Desainer mencari kecepatan pertama kritis setidaknya dua kali kecepatan operasi.
Poros, karena dari massa sendiri, memiliki kecepatan kritis. Ansambel lampiran untuk poros juga
memiliki kecepatan kritis yang jauh lebih rendah daripada poros intrinsik kecepatan kritis.
Memperkirakan kecepatan yang kritis (dan harmonik) adalah tugas dari desainer. Ketika geometri
sederhana, seperti dalam poros diameter seragam, hanya didukung, tugas mudah. Hal ini dapat
dinyatakan sebagai
-
8/10/2019 shigley poros
17/27
Dimana m adalah massa per unit panjang, A luas penampang, dan spesifik berat badan. Untuk sebuah
rakitan keterikatan, metode Rayleigh untuk massa disamakan memberikan
dimana wi adalah berat dari lokasi i dan yi adalah defleksi pada lokasi body engan.
Hal ini dimungkinkan untuk menggunakan Pers. (7-23) untuk kasus persamaan. (7-22) oleh partisi poros
ke dalam segmen dan menempatkan kekuatan berat di segmen massa seperti yang terlihat pada
Gambar. 7-12.
Figure 7-13
Bantuan Komputer sering digunakan untuk mengurangi kesulitan dalam mencari defleksi melintang
poros tingkatan. Persamaan Rayleigh overestimates kecepatan kritis.
Untuk mengatasi meningkatnya kompleksitas detail, kami menggunakan sudut pandang berguna.
Lantaran sebagai poros adalah badan elastis, kita dapat menggunakan pengaruh koefisien. pengaruh
koefisien defleksi melintang di lokasi i pada poros akibat beban unit di lokasi j pada poros. Dari Tabel A-
9-6 kita memperoleh, untuk balok hanya didukung dengan unit beban tunggal seperti ditunjukkan padaGambar. 7-13,
-
8/10/2019 shigley poros
18/27
untuk tiga beban koefisien pengaruh dapat ditampilkan sebagai
Teorema Maxwell timbal balik menyatakan bahwa ada sebuah simetri mengenai diagonal utama,
terdiri dari 11, 22, dan 33, dari j bentuk i= ji. Hubungan ini mengurangi kerja menemukan
koefisien pengaruh. Dari koefisien pengaruh di atas, salah satu dapat menemukan defleksi y1, y2, y3 dan
Pers. (7-23) sebagai berikut:
gaya Fi dapat timbul dari berat terpasang wi atau gaya sentrifugal mi2yi. The
persamaan set (7-25) ditulis dengan gaya inersia dapat ditampilkan sebagai
Yang mana adapat ditulis ulang sebagai
Set Persamaan (a) adalah tiga persamaan simultan dalam bentuk y1, y2, y3 dan. untuk menghindari
solusi trivial y1 = y2 = y3 = 0, determinan dari koefisien y1, y2, dan
y3 harus nol (eigen). Dengan demikian,
-
8/10/2019 shigley poros
19/27
yang mengatakan bahwa defleksi selain nol hanya ada di tiga nilai yang berbeda dari ,kecepatan kritis. Memperluas determinan, kita peroleh
Tiga akar persamaan. (7-27) dapat dinyatakan sebagai 1 / 2
1, 1 / 2
2, dan 1 / 2
3. Jadi
Eq. (7-27) dapat ditulis dalam bentuk
Membandingkan Pers. (7-27) dan (7-28) kita lihat bahwa
Jika kita hanya memiliki m1 massa tunggal saja, kecepatan kritis akan diberikan oleh 1 / 2=
m111. Menunjukkan kecepatan ini penting sebagai 11(yang menganggap hanya M1 bekerja sendiri).
Demikian juga untuk m2 atau m3 bekerja sendiri, kita sama mendefinisikan istilah 1 / 222 = m222
atau 1 / 233 = m333, masing-masing. Dengan demikian, Eq. (7-29) dapat ditulis kembali sebagai
Jika kita memiliki kecepatan kritis sedemikian sehingga 1
-
8/10/2019 shigley poros
20/27
Ide ini dapat dikembangkan ke poros n body:
Ini disebut persamaan Dunkerley. Dengan mengabaikan istilah modus yang lebih tinggi (s), estimasi
pertama kecepatan kritis lebih rendah dari sebenarnya terjadi.
Karena Pers. (7-32) tidak memiliki beban yang muncul dalam persamaan, maka jika masing-masing
beban bisa ditempatkan di beberapa lokasi yang mudah berubah menjadi beban yang setara,
maka kecepatan kritis berbagai beban dapat ditemukan dengan menjumlahkan beban setara, semua
ditempatkan di lokasi yang nyaman tunggal. Untuk beban di stasiun 1, ditempatkan di pusat span,
dilambangkan dengan subscript c, beban setara ditemukan dari
EXAMPLE 7-5
Pertimbangkan poros baja hanya didukung seperti yang digambarkan dalam Gambar. 7-14, dengandiameter 1
dan 31-dalam rentang antara bantalan, membawa dua gigi berat 35 dan 55 lbf.
(a) Tentukan koefisien pengaruh.
(b) Cari wy dan wy2 dan kecepatan kritis pertama menggunakan persamaan Rayleigh,
Eq. (7-23).
(c) Dari koefisien pengaruh, cari 11dan 22.
(d) Menggunakan persamaan Dunkerley ini, Eq. (7-32), memperkirakan kecepatan kritis pertama.
(e) Gunakan superposisi untuk memperkirakan kecepatan kritis pertama.
(F) Estimasikan kecepatan kritis intrinsik poros itu. Menyarankan modifikasi Dunkerley ini
Persamaan untuk memasukkan efek massa poros pada kecepatan kritis pertama
lampiran.
Miscellaneous Shaft Komponen
set kru
Tidak seperti baut dan sekrup penutup, yang bergantung pada tegangan pengembangan sebuah
kekuatan penjepit, yang
-
8/10/2019 shigley poros
21/27
set sekrup tergantung pada kompresi untuk mengembangkan gaya klem. Resistensi terhadap gerakan
aksial kerah atau hub relatif terhadap poros disebut memegang kekuasaan. holding ini
kekuasaan, yang benar-benar tahan kekuatan, adalah karena tahanan gesek dari menghubungi yang
bagian kerah dan poros serta setiap penetrasi sedikit dari himpunan sekrup ke dalam
poros.
Gambar 7-15 menunjukkan jenis titik yang tersedia dengan soket set sekrup. Ini juga
diproduksi dengan slot obeng dan dengan kepala persegi.
Tabel 7-4 berisi nilai-nilai torsi duduk dan kekuatan yang sesuai menahan
untuk inci-series set sekrup. Nilai-nilai yang tercantum berlaku untuk aksial menahan tenaga,
untuk menolak dorongan, dan menahan tenaga tangensial, untuk menolak torsi. faktor umum
keselamatan adalah 1,5-2,0 untuk beban statis dan 4-8 untuk berbagai beban dinamik.
Sekrup Set harus memiliki panjang sekitar setengah dari diameter poros. Catatan bahwa ini
Praktek juga memberikan aturan kasar untuk ketebalan radial dari hub atau kerah.
Tombol dan pin yang digunakan pada poros untuk mengamankan elemen berputar, seperti roda gigi,
puli, atau wheels. Kunci yang digunakan untuk mengaktifkan transmisi torsi dari poros untuk
elemen poros yang didukung. Pin yang digunakan untuk menentukan posisi aksial dan untuk transfer
torsi atau dorongan atau keduanya.
Gambar 7-16 menunjukkan berbagai kunci dan pin. Pin yang berguna ketika principal
pembebanan geser dan ketika kedua torsi dan dorongan yang hadir. Pin Taper yang berukuran
menurut diameter di ujung besar. Beberapa ukuran yang paling berguna dari ini
tercantum dalam Tabel 7-5. Diameter di ujung kecil
Untuk aplikasi yang kurang penting, pin dowel atau pin drive dapat digunakan. Sebuah besar
variasi ini tercantum dalam catalogs.7 produsen '
Kunci persegi, ditunjukkan pada Gambar. 7-16a, juga tersedia dalam ukuran persegi panjang. standar
ukuran ini, sama dengan berbagai diameter poros yang berlaku, tercantum dalam
Tabel 7-6. Diameter poros menentukan ukuran standar untuk lebar, tinggi, dan kedalaman kunci.
Perancang memilih panjang kunci yang sesuai untuk membawa beban torsional. Kegagalan kunci bisa
juga dengan geser langsung, atau oleh stres bantalan. Contoh 7-6 menunjukkan proses untuk ukuran
panjang kunci. Panjang maksimum kunci dibatasi oleh panjang hub elemen terpasang, dan umumnya
harus tidak melebihi sekitar 1,5 kali diameter poros untuk menghindari memutar berlebihan dengan
defleksi sudut poros. Beberapa kunci dapat digunakan sebagai diperlukan untuk membawa beban yang
lebih besar, biasanya berorientasi pada 90 o satu sama lain. Faktor keamanan yang berlebihan harus
-
8/10/2019 shigley poros
22/27
dihindari dalam desain kunci, karena itu diinginkan dalam situasi yang berlebihan untuk kunci gagal,
daripada komponen yang lebih mahal.
Bahan utama Stock biasanya terbuat dari baja karbon cold-rolled rendah, dan diproduksi sedemikian
rupa sehingga dimensinya tidak pernah melebihi dimensi nominal. Ini memungkinkan ukuran cutter
standar yang akan digunakan untuk keyseats. Sebuah setscrew kadang-kadang digunakan bersama
dengan kunci untuk menahan hub aksial, dan untuk meminimalkan backlash rotasi ketika poros berputar
di kedua arah.
Kunci gib-kepala, pada Gambar. 7-17a, diturunkan bertahap sehingga, ketika dengan kuat didorong, ia
bertindak untuk mencegah gerakan aksial relatif. Hal ini juga memberikan keuntungan bahwa posisi hub
dapat disesuaikan untuk lokasi aksial terbaik. Kepala membuat penghapusan mungkin tanpa akses ke
ujung yang lain, tetapi proyeksi mungkin berbahaya.
The Woodruff kunci, ditunjukkan pada Gambar. 7-17b, adalah kegunaan umum, terutama ketika
roda harus diposisikan terhadap bahu poros, karena slot kunci tidak perlu mesin ke bahu daerah streskonsentrasi. Penggunaan kunci Woodruff juga menghasilkan konsentrisitet lebih baik setelah perakitan
roda dan poros. Hal ini sangat penting pada kecepatan tinggi, seperti, misalnya, dengan roda turbin dan
poros. Kunci Woodruff sangat berguna dalam poros kecil di mana penetrasi lebih dalam membantu
mencegah bergulir kunci. Dimensi untuk beberapa Woodruff ukuran kunci standar dapat ditemukan
pada Tabel 7-7, dan 7-8 Tabel memberikan diameter poros yang lebar keyseat yang berbeda cocok.
Pilkey memberikan nilai untuk konsentrasi tegangan di keyseat akhir digiling, sebagai fungsi
dari rasio jari-jari r di bagian bawah alur dan diameter poros d.
Untuk fillet dipotong oleh pemotong penggilingan mesin standar, dengan rasio r / d = 0.02,
Grafik Peterson memberikan Kt = 2.14 untuk lentur dan KTS = 2.62 untuk torsi tanpakunci di tempat, atau KTS = 3.0 untuk torsi dengan kunci di tempat. Konsentrasi tegangan
pada akhir keyseat dapat dikurangi sedikit dengan menggunakan keyseat kereta luncur-pelari,
menghilangkan mengakhiri mendadak ke keyseat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7-17.
Memang, bagaimanapun, masih memiliki jari-jari yang tajam di dasar alur di sisi. Kereta luncur-pelari
keyseat hanya dapat digunakan ketika pasti posisi kunci memanjang tidak diperlukan. Hal ini juga tidak
cocok dekat bahu. Menjaga akhir keyseat setidaknya jarak d / 10 dari awal fillet bahu akan
mencegah konsentrasi dua stres dari kombinasi dengan satu sama lain.
penahan Rings
Sebuah cincin penahan sering digunakan sebagai pengganti bahu poros atau lengan untuk aksialposisi komponen pada poros atau membosankan perumahan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 7-18,
alur dipotong tangkai atau menanggung untuk menerima pegas penahan. Untuk ukuran, dimensi, dan
peringkat aksial beban, katalog produsen 'harus dikonsultasikan.
Tabel Lampiran A-15-16 dan A-15-17 memberikan nilai faktor konsentrasi tegangan
untuk alur datar terendah di shaft, cocok untuk mempertahankan cincin. Untuk cincin ke
-
8/10/2019 shigley poros
23/27
dudukan baik di dasar alur, dan mendukung beban aksial terhadap sisi alur, jari-jari di bagian bawah alur
harus cukup tajam, biasanya sekitar sepersepuluh dari lebar alur. Hal ini menyebabkan nilai-nilai relatif
tinggi untuk stres faktor konsentrasi, sekitar 5 untuk lentur dan aksial, dan 3 untuk puntir. Perawatan
harus diambil dalam penggunaan mempertahankan cincin, terutama di lokasi-lokasi dengan tegangan
lentur yang tinggi.
EXMPLE 7-6
Sebuah poros baja UNS G10350, panas-diperlakukan untuk kuat luluh minimum dari 75 KPSI, memiliki
diameter 1 7 16 di. Poros berputar pada 600 putaran / menit dan mengirimkan 40 hp melalui
gigi. Pilih tombol yang sesuai untuk gigi.
7-8 Batas dan Fits
Perancang bebas untuk memakai salah satu geometri yang cocok untuk poros dan lubang yang akan
memastikan fungsi yang dimaksudkan. Ada akumulasi pengalaman yang cukup dengan sering berulang
situasi untuk membuat standar yang berguna. Ada dua standar untuk batas dan cocok di Amerika
Serikat, yang didasarkan pada satuan inci dan yang lainnya berdasarkan satuan metrik .10 ini berbeda
dalam nomenklatur, definisi, dan organisasi. Tidak ada gunanya akan dilayani oleh terpisah mempelajari
masing-masing dua sistem. Metrik versi yang lebih baru dari dua dan terorganisasi dengan baik, dan jadi
di sini kita hanya menyajikan versi metrik tapi termasuk satu set konversi inch untuk mengaktifkan
sistem yang sama untuk digunakan dengan baik sistem unit.
Dalam menggunakan standar, huruf kapital selalu mengacu pada lubang; huruf kecil
digunakan untuk poros.
Definisi diilustrasikan pada Gambar. 7-20 dijelaskan sebagai berikut
Ukurandasar adalah ukuran yang membatasi atau penyimpangan ditetapkan dan bersifat seragam
untuk kedua anggota fit.
Deviasi adalah perbedaan aljabar antara ukuran dan ukuran dasar yang sesuai.
deviasi atas adalah perbedaan aljabar antara batas maksimum dan sesuai ukuran dasar.
deviasi rendah adalah perbedaan aljabar antara batas minimum dan sesuai ukuran dasar.
deviasi Fundamental adalah baik atas atau deviasi yang lebih rendah, tergantung pada
yang lebih dekat dengan ukuran dasar.
Toleransi adalah perbedaan antara batas ukuran maksimum dan minimum bagian.
Nomortoleransi kelas Internasional (TI) kelompok menunjuk toleransi seperti yang
toleransi untuk sejumlah TI tertentu memiliki tingkat yang relatif sama akurasi
tetapi bervariasi tergantung pada ukuran dasar.
dasar Lubang merupakan sistem cocok sesuai dengan ukuran lubang dasar. Penyimpangan dasarnya
adalah H.
dasar Shaft merupakan sistem cocok sesuai dengan ukuran poros dasar. The
penyimpangan dasarnya adalah h. Sistem poros-dasar tidak termasuk di sini.
-
8/10/2019 shigley poros
24/27
Besarnya zona toleransi adalah variasi dalam ukuran bagian dan sama untuk kedua internal dan dimensi
eksternal. Zona toleransi ditentukan dalam jumlah toleransi kelas internasional, yang disebut nomor IT.
Angka-angka yang lebih kecil tingkat menentukan zona toleransi yang lebih kecil. Ini berkisar dari IT0 ke
IT16, tetapi hanya nilai IT6 ke IT11 diperlukan untuk cocok lebih disukai. Semuanya tercantum dalam
Tabel A-11 sampai A-13 untuk ukuran dasar hingga 16 atau 400 mm.
Standar ini menggunakan huruf posisi toleransi, dengan huruf kapital untuk dimensi internal yang
(lubang) dan huruf kecil untuk dimensi eksternal (shaft). Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 7-20,
deviasi mendasar menempatkan zona toleransi relatif terhadap ukuran dasar.
Tabel 7-9 menunjukkan bagaimana huruf dikombinasikan dengan nilai toleransi untuk membangun
cocok disukai. Simbol ISO cocok untuk lubang geser dengan ukuran dasar 32 mm adalah 32H7. satuan
Inch bukanlah bagian dari standar. Namun, penunjukan (13 8 in) H7 termasuk informasi yang sama dan
direkomendasikan untuk digunakan di sini. dalam kedua kasus, huruf kapital H menetapkan deviasi
fundamental dan nomor 7 mendefinisikan kelas toleransi IT7.
Untuk fit geser, dimensi poros yang sesuai ditentukan oleh simbol
32g6 [(13 8 in) g6].
Penyimpangan mendasar untuk poros diberikan dalam Tabel A-11 dan A-13. untuk
Kode huruf c, d, f, g, dan h,
Deviasi Atas = deviasi mendasar
Deviasi yang lebih rendah = atas penyimpangan - toleransi kelas
Untuk kode huruf k, n, p, s, dan u, penyimpangan untuk poros adalah
Deviasi yang lebih rendah = deviasi mendasar
Deviasi Atas = rendah deviasi + toleransi kelas
Table7-9
Jarak longgar yang berjalan fit: untuk toleransi komersial yang luas atau H11 / c11
tunjangan pada anggota eksternal
Panduan menjalankan fit: tidak untuk digunakan di mana akurasi adalah H9 / d9
penting, tapi baik untuk variasi suhu yang besar,
menjalankan kecepatan tinggi, atau tekanan jurnal berat
yang berjalan tertutup fit: untuk berjalan pada mesin yang akurat H8 / f7
dan untuk lokasi yang akurat pada kecepatan moderat dantekanan jurnal
Sliding fit: di mana bagian yang tidak diperuntukkan untuk berjalan secara bebas, H7 / g6
tetapi harus bergerak dan berubah dengan bebas dan menemukan akurat
Locational izin fit: menyediakan nyaman cocok untuk lokasi H7 / h6
bagian stasioner, tetapi dapat secara bebas dirakit dan
dibongkar
-
8/10/2019 shigley poros
25/27
Transisi Locational transisi cocok untuk lokasi yang akurat, sebuah H7 / k6
kompromi antara clearance dan gangguan
Locational transisi cocok untuk lebih akurat lokasi H7 / n6
di mana gangguan yang lebih besar diperbolehkan
Interferensi Locational gangguan fit: untuk part yang memerlukan kekakuan H7 / p6
dan keselarasan dengan akurasi utama lokasi tetapi
tanpa persyaratan tekanan bore khusus
Sedang drive pas: untuk bagian baja biasa atau mengecil cocok pada H7 / s6
bagian ringan, ketat cocok digunakan dengan besi cor
Gaya cocok: cocok untuk bagian-bagian yang dapat sangat menekankan H7 / u6
atau untuk mengecilkan cocok di mana gaya mendesak berat yang dibutuhkan dan praktis
Nilai terendah H deviasi (untuk lubang) adalah nol. Untuk ini, penyimpangan atas sama dengan
toleransi grade.
Sebagai gambaran pada gambar 7-20, kita gunakan mengikuti notasi :
D = besaran dasar pada lubang
d = besaran dasar pada shaft
u= deviasi tinggi
l= deviasi rendah
D= tingkat toleransi untuk lubang
d=tingkat toleransi untuk shaft
Perhatikan bahwa jumlah ini semua deterministik. Dengan demikian, untuk lubang,
Untuk poros dengan jarak tertentu sesuai c, d, f, g, dan h,
Untuk poros dengan gangguan cocok k, n, p, s, dan u,
kapasitas Stres dan Torsi di Fits Interferensi
Interferensi cocok antara poros dan komponennya kadang-kadang dapat digunakan secara efektif
untuk meminimalkan kebutuhan untuk bahu dan keyways. Tegangan akibat gangguan
cocok dapat diperoleh dengan memperlakukan poros sebagai silinder dengan tekanan eksternal yang
-
8/10/2019 shigley poros
26/27
seragam , dan hub sebagai silinder berongga dengan tekanan internal yang seragam. stres persamaan
untuk situasi ini dikembangkan di Sec. 3-16, dan akan dikonversi di sini dari segi radius ke dalam istilah
diameter untuk mencocokkan terminologi bagian ini.
Tekanan p yang dihasilkan pada pertemuan sisi antara gangguan fit, dari Persamaan. (3-56)
dikonversikan dengan diameter, diberikan oleh
atau, dalam kasus di mana kedua anggota adalah dari material yang sama,
dimana d adalah diameter poros nominal, di adalah diameter dalam (jika ada) dari poros,
do adalah diameter luar hub, E adalah modulus Young, dan v adalah rasio Poisson, dengan subscript o
dan i untuk bagian luar (hub) dan anggota bagian dalam (poros), masing-masing. adalah gangguan
diametral antara poros dan hub, yaitu, perbedaan antara poros diameter luar dan hub diameter.
Karena akan ada toleransi di kedua diameter, maksimum dan minimum tekanan dapat ditemukan
dengan menerapkan gangguan maksimum dan minimum. dengan menerapkan notasi dari Gambar. 7-
20, kita tulis
di mana istilah diameter didefinisikan dalam Pers. (7-36) dan (7-38). Gangguan maksimum harus
digunakan dalam Pers. (7-39) atau (7-40) untuk menentukan tekanan maksimum untuk memeriksa stres
yang berlebihan.
Dari Pers. (3-58) dan (3-59), dengan jari-jari dikonversi ke diameter, yang tangensial
menekankan pada pertemuan sisi antara poros dan hub adalah
-
8/10/2019 shigley poros
27/27
Tegangan radial pada antarmuka hanya
Tegangan tangensial dan radial ortogonal, dan harus dikombinasikan dengan menggunakan teori
kegagalan untuk membandingkan dengan yield strength. Jika salah satu poros atau hub yield pada saat
perakitan, tekanan penuh tidak akan tercapai, mengurangi torsi yang dapat ditransmisikan. Interaksi
tekanan karena gangguan pas dengan yang lain tekanan di poros karena poros muatan bukan hal sepele.
Analisis terbatas-unsur antarmuka akan sesuai bila diperlukan. Unsur stres pada permukaan berputar
poros akan mengalami tegangan lentur benar-benar terbalik di arah longitudinal , serta tegangan tekan
stabil dalam arah tangensial dan radial. Ini adalah elemen stres tiga dimensi. Tegangan geser karena
torsi di poros juga bisa ditambahkan. Karena tekanan karena pers fit adalah tekan, keadaan kelelahan
biasanya benar-benar ditingkatkan. Untuk alasan ini, mungkin dapat diterima untuk menyederhanakan
analisis poros dengan mengabaikan tegangan tekan stabil karena pers fit. Ada, bagaimanapun, efek
konsentrasi tegangan di poros lentur stres dekat ujung hub, karena perubahan tiba-tiba dari kompresi
bahan terkompresi. Desain geometri hub, dan karena itu keseragaman dan kekakuan, dapat memiliki
dampak yang signifikan terhadap nilai tertentu dari faktor konsentrasi tegangan, sehingga sulit untuk
melaporkan nilai umum. Untuk perkiraan pertama, nilai-nilai biasanya tidak lebih besar dari 2.
Jumlah torsi yang dapat ditularkan melalui gangguan fit dapat diperkirakan dengan analisis gesekan
sederhana pada antarmuka. Gaya gesekan adalah produk koefisien gesekan f dan gaya normal yang
bekerja pada antarmuka. The gaya normal dapat diwakili oleh produk dari tekanan p dan luas
permukaan A antarmuka. Oleh karena itu, gaya gesekan Ff adalah
di mana l adalah panjang hub. Gaya gesekan ini bertindak dengan lengan momen
d / 2 untuk menyediakan kapasitas torsi sendi, sehingga
Minimum gangguan, dari Persamaan. (7-42), harus digunakan untuk menentukan minimum untuk
memeriksa jumlah maksimum torsi yang sendi harus dirancang untuk mengirimkan tanpa tergelincir.
top related